集装箱用水性环氧涂料的制备及性能研究

刘正伟 （麦加芯彩新材料科技（上海）股份有限公司，上海 201801）

0 引言

水性涂料因其挥发性有机化合物（VOC）含量低，符合环保要求，近年来受到了越来越多的关注。全球约95 %的集装箱在中国制造，2017年4月，集装箱行业协会开始“禁油推水”，全面使用水性涂料代替传统的油性涂料。经过近几年的发展，水性涂料用原材料越来越趋于稳定，尤其在涂层的防腐性、初期耐水性方面有了极大的提升，基本和传统的油性涂料性能相当。

本研究采用实验室自制的乳化剂及相反转法乳化环氧树脂，制得性能稳定的水性环氧乳液，将其用于集装箱，所得涂层不仅具有良好的机械性能，而且具有优异的耐腐蚀性、耐湿热性，应用前景广阔。

1 试验部分

1.1 主要原料和仪器

双酚A型环氧树脂E20、E44、E51，国都化工；固化剂38-1，亨斯曼；乳化剂、蒸馏水，实验室自制；分散剂、流平剂，BYK；消泡剂、润湿剂，TEGO；增稠剂，DOW；防闪锈剂，美国瑞宝；钛白粉，四川龙蟒；云母粉、滑石粉、沉淀硫酸钡，国产工业级；溶剂，国产工业级。

激光粒度分析仪，Beckman Coulter公司；高速分散机，上海现代环境工程技术有限公司。

1.2 水性环氧乳液的制备

将环氧树脂、乳化剂和丙二醇甲醚溶剂按质量比45∶5∶7的比例加入到三口烧瓶中，加热至90 ℃使其混合均匀，在2 000 r/min转速下缓慢滴加23份蒸馏水，滴加完毕后分散一定的时间，加入剩余的20份蒸馏水，继续分散一定的时间，即得到水性环氧乳液。

1.3 试验配方

根据集装箱涂料的技术要求和各组分的搭配，经过多次试验，确定了集装箱用水性环氧涂料的基本配方，见表1。

表1 基本配方Table 1 Basic formula

1.4 制漆工艺

甲组分：在调漆罐中边搅拌边加入水、分散剂、消泡剂和水性环氧乳液，搅拌均匀后，加入颜填料，继续搅拌均匀，高速分散至细度达到要求（≤50 μm），边搅拌边加入流平剂、润湿剂、增稠剂和防闪锈剂，最后调整黏度，过滤待用。

乙组分：在调漆罐中加入固化剂38-1、助溶剂、水，搅拌均匀，过滤待用。

1.5 样板的制作及性能指标

将甲组分与乙组分按照质量比10∶1混合，搅拌均匀后制作样板。当样板于室温放置7 d后，根据相关国家标准进行性能测试，检测结果见表2。

表2 涂料性能测试结果Table 2 The results of coatings performance

由表2可见，自制的水性环氧涂料不仅具有良好的机械性能，而且具有优异的耐湿热性和耐腐蚀性，完全能满足集装箱防腐的要求。

2 结果与讨论

2.1 环氧树脂的选择

分别采用环氧树脂E20、E44、E51制备水性环氧乳液，用激光粒度分布仪检测其粒径，分别制备水性环氧涂料并检测其性能，结果如表3所示。从表3的结果可以看出，用E20制备的水性环氧乳液具有较好的综合性能；用E44乳化的环氧乳液所得涂层尽管耐盐雾性还可以，但是耐湿热性不好；用E51乳化的环氧乳液因其含有较多的反应基团，涂层交联密度较大，柔韧性较差。

表3 环氧树脂的选择Table 3 Selection of epoxy resin

2.2 乳化温度的影响

以E20环氧树脂为基料，考察乳化温度（70 ℃、80 ℃、90 ℃、95 ℃）对乳液粒径和涂层性能的影响，结果见表4。

表4 乳化温度的影响Table 4 The effects of emulsification temperature

由4表结果可以看出，当乳化温度在90 ℃以上时，乳液的粒径、涂层的耐湿热性和耐腐蚀性能良好。

2.3 分散强度的影响

以E20环氧树脂为基料，乳化温度90 ℃，分别在1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min转速下制备水性环氧乳液，考察分散强度对乳液粒径及涂层性能的影响，结果如表5所示。

表5 分散强度的影响Table 5 The effects of dispersion speed

由表5的结果可以看出，分散机转速为2 000 r/min时，乳液的粒径、涂层的耐湿热性和耐腐蚀性能表现最佳。

2.4 乳化剂用量的影响

在配方及制备工艺均不变的条件下，仅改变乳化剂的用量，考察其对乳液粒径和涂层性能的影响，结果见表6。

表6 乳化剂用量的影响Table 6 The effects of emulsifier dosage

由表6的结果可以看出，乳化剂用量为5 %时，乳液的粒径、涂层耐湿热性和耐腐蚀性表现最佳。

3 结语

通过合理筛选水性环氧乳液的基础原料，经过试验找出适宜的乳化剂用量、优化乳化温度、设定合适的分散强度制得了性能稳定的水性环氧乳液，用其制备的水性环氧涂层具有良好的机械性能，优异的耐湿热性和耐腐蚀性能，能够满足集装箱防腐涂层的性能要求，该涂料VOC排放极低，符合环保要求，具有广阔的应用前景。